CN102075724B - 自适应平衡-非平衡双模视频接收芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应平衡-非平衡双模视频接收芯片，包括平衡-非平衡视频信号输入单元，平衡视频信号放大单元，平衡-非平衡信号驱动单元，视频同步分离及钳位单元，视频信号数位化处理单元，智能相位及增益补偿运算控制单元，高低频相位及增益补偿单元，状态指示及功能设置单元。本发明的优点在于：平衡信号和非平衡视频信号接收自适应，平衡信号极性自适应，以及平衡-非平衡信号输出。接收自适应指芯片自动识别视频信号来源，自动分析计算输入信号的相位及增益损失，最大限度补偿恢复视频信号。极性自适应指平衡信号的极性可以反接。本发明可用于视频自适应接收和中继设备。

Description

自适应平衡-非平衡双模视频接收芯片

技术领域

本发明涉及一种视频信号接收芯片，尤指一种用于闭路电视影像监控及可视楼宇对讲等有线视频接收设备、数字录像机双绞线或同轴电缆视频接收通道、视频中继器等所需的集成电路芯片。

背景技术

在传统的视频监控工程中，同轴电缆被用于较长距离的视频信号传输。随着线材价格的不断攀升，线材成本在整个视频监控系统中所占的比重越来越高。采用双绞线实现较长距离的视频信号传输，具有施工方便、经济等优点，因此逐渐有替代同轴电缆的趋势。与同轴电缆传输非平衡信号不同，双绞线传输的是平衡信号，因此为了实现远距离视频信号传输，需要在视频信号源端增加非平衡信号转平衡信号的转换设备(Balun)，在接收端增加平衡信号转非平衡信号的接收设备，以便接入数字录像机或者监视器进行监控。

无论是用同轴电缆还是双绞线传输模拟视频信号，视频信号都会随着线缆的长度的增加而衰减。为了实现视频信号的良好正确恢复，需要在发送端或接收端根据线缆长度手工调节高低频相位及增益补偿，目前主要采用拨码开关和旋钮进行调节。具体操作是调试人员通过肉眼观察，对图像的调节质量进行主观判断，再对视频信号的增益及高频衰减进行手动调节补偿。

现存人工手动调节的补偿方式在实际工程应用环境中存在以下缺点：

1.在工程现场设备安装过程中，安装条件和施工环境千差万别，手动调试工作量较大，人工成本较高；

2.由于调试人员经验及素质的差别，且工程调试结果以调试人员的主观判断为主，传输设备不一定能调试在最佳状态。因此，工程质量对调试人员的素质及经验依赖较大，工程质量的一致性较差；

3.当视频信号远距离传输时，发送端与接收端都需要手工调节，加上调试人员判断标准不统一，联调十分困难；

4.在某些需要经常切换不同长度接收通道的场合，如可视楼宇对讲的视频接收端等，不可能每次切换都手动调节一次。

如果采用自适应接收设备，无论是采用同轴电缆还是双绞线传输视频信号，设备本身都能自动根据输入信号判断信号衰减程度，自动完成对高低频相位及增益损失的补偿，无需人工参与，极大地降低了施工难度，节省了人力成本，提高了工程质量的一致性。目前极少数厂家采用通用元件设计的自适应接收设备存在成本高，可靠性差，性价比低的问题，因此很难被广泛使用。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种根据接收视频信号衰减的不同，自动补偿高低频相位及增益损失的集成电路芯片。该芯片可接收平衡或非平衡视频信号输入，自动识别平衡信号的极性，自动补偿信号相位及增益损失，无需人工调节，简化用户的操作。

为实现上述目的，本发明采用如下功能结构：

平衡-非平衡视频信号输入单元；

平衡-非平衡输入单元由信号来源检测电路，非平衡转平衡电路以及一组模拟开关电路构成。通过检测平衡输入端或是非平衡输入端的输入信号，判别信号来源。如果是平衡信号输入，则根据智能相位及增益补偿运算控制单元对同步信号的有效判别，控制模拟开关切换平衡信号极性；如果是非平衡信号输入，则将非平衡信号转为平衡信号，作为平衡视频信号放大单元的输入。通过控制模拟开关的切换，使芯片既支持以非屏蔽双绞线为载体输入的平衡视频信号，也支持以同轴电缆为载体的非平衡视频信号。同时实现平衡信号极性自适应，实际工程安装中无需区分平衡信号极性。

平衡视频信号放大单元；

平衡视频信号放大单元的本质是一个反馈环路受外部控制的可变增益视频放大器。它根据智能相位及增益补偿运算控制单元的运算输出结果，控制高低频相位及增益补偿单元的电容和电阻网络结构，改变接入到可变增益放大器的反馈环路参数，从而实现对输入平衡视频信号相位及增益的补偿。

平衡-非平衡信号驱动单元；

平衡-非平衡信号驱动单元由一个平衡信号驱动电路和一个非平衡信号驱动电路构成，接收来自平衡视频信号放大单元的输出信号，通过外部管脚或者寄存器设置使能，既可输出平衡信号也可输出非平衡信号。因此本发明既可用于视频接收设备，也可用于视频中继设备。

视频同步分离及钳位单元；

视频同步分离及钳位单元包含视频箝位电路和同步信号分离电路。视频钳位电路将输入视频信号钳位至预置电平，以便完成同步信号分离。同步信号分离电路将钳位后的视频信号中的同步信号提取，并转为数字信号输出至智能相位及增益补偿运算控制单元用于判断视频信号的有效性。

视频信号数位化处理单元；

视频信号数位化处理单元是将平衡视频信号放大单元的输出，经非平衡驱动电路转换后的信号按照智能相位及增益补偿运算控制单元的时序控制进行采样，并将数字化采样结果输出至智能相位及增益补偿运算控制单元。

智能相位及增益补偿运算控制单元；

智能相位及增益补偿运算控制单元是整个电路的核心，包含数位化控制电路和智能运算控制电路。数位化控制电路，用于控制视频信号数位化处理单元的采样时序，确保对视频信号的正确采样。智能运算控制电路根据输入信号的采样结果以及同步信号，依靠长期积累的工程经验建模的智能相位增益补偿算法，计算出需要补偿的参数，控制高低频相位及增益补偿单元的输出接调整平衡视频信号放大单元参数，实现最佳的补偿效果，整个补偿过程自动完成，无需手工调节。

高低频相位及增益补偿单元；

高低频相位及增益补偿单元的本质是由一组模拟开关和不同值的电容、电阻构成的电路网络。通过接收来自智能相位及增益补偿运算控制单元的控制信号控制模拟开关的状态，变换不同的电容、电阻网络组合，接入到平衡视频信号放大单元调节高低频相位及增益补偿参数。

状态指示及功能设置单元；

提供数字状态指示管脚以及串行功能设置和读取接口，让外部微控制器，微处理器，可编程逻辑阵列或其他数字处理电路根据需要查询芯片的工作状态，或者设置某些特殊功能。

上述所有电路单元全部集成在单片集成电路芯片，外接元件较少，简单易用。

基于本发明设计的双模视频接收器的优点在于：通过智能分析输入视频信号的衰减，计算出相位及增益补偿参数，控制相关补偿电路，对输入信号的高低频增益及相位进行补偿，最大限度恢复由于长距离传输造成的信号衰减。

由于本发明的特点在于双模自适应，且极性自适应，以及内置平衡-非平衡信号驱动，使得该芯片可用于设计同轴电缆及双绞线视频接收设备及中继设备，数字录像机内置接收通道等。由于本发明的自适应特点，可大大减少施工过程中的调试工作量，降低工程质量对调试人员素质和经验的依赖，提高视频监控工程的品质一致性。

附图说明

图1是本发明的结构方块图。

图2是本发明自动调整算法流程图。

主要组件符号说明：

UTP双绞线接线端子；

COAX同轴电缆接线端子；

S1平衡-非平衡模拟视频信号输入单元；

A1平衡视频信号放大单元；

D1、D2分别对应平衡-非平衡信号驱动单元；

CS视频同步分离及钳位单元；

ADC视频信号数位化处理单元；

C1智能相位及增益补偿运算控制单元；

M1高低频相位及增益补偿单元；

R1状态指示及功能设置单元；

CAP外接耦合电容；

REF外接参考电压源；

CHIP接收芯片，指虚线内包含的所有电路单元。

具体实施方式

参考图1，为本发明的结构方块图。本发明包含虚线框图内的所有单元，分别是平衡-非平衡模拟视频信号输入单元S1，平衡视频信号放大单元A1，平衡、非平衡信号输出驱动单元D1和D2，视频同步分离及钳位单元CS，视频信号数位化处理单元ADC，智能相位及增益补偿运算控制单元C1，高低频相位及增益补偿单元M1，状态指示及功能设置单元R1。

结合参考附图，详细介绍本发明的工作过程：

平衡或非平衡视频信号分别通过集成电路芯片外部的双绞线接线端子或同轴电缆接线端子接入芯片内。芯片上电后，外部视频信号接入平衡-非平衡模拟视频信号接入单元S1中。平衡-非平衡模拟视频信号接入单元S1自动检测信号来源，如果是非平衡视频信号，则自动将其转换为平衡信号；如果是平衡信号，则按照默认输入极性将平衡信号输入到平衡视频信号放大单元A1。A1初始为最大增益补偿，经过A1放大的平衡视频信号分别接入平衡、非平衡信号输出驱动单元D1和D2。D1输出平衡视频信号，用于信号中继所需。D2的输出经外接耦合电容CAP接入视频同步分离及钳位单元CS和视频信号数位化处理单元ADC。

CS将耦合输入视频信号进行钳位，并与输入参考电压源进行比较，将分离出的行同步信号，场同步信号，色同步信号输入智能相位及增益补偿运算控制单元C1。

C1利用同步信号产生ADC转换控制时序，控制ADC将耦合输入视频信号进行数位化处理，数位化的结果送入C1。

C1首先检测同步信号的有效性，同时启动内置定时器电路。如果在一定的时间内检测到有效同步信号，表明接入的视频信号有效；反之，经状态指示及功能设置单元R1控制S1以实现输入源或极性切换，确保视频信号的正确输入。

检测到有效的视频信号后，C1结合数位化输入结果，利用工程经验建模算法进行运算。运算结果的输出用于控制高低频相位及增益补偿单元M1组合出不同的补偿网络接入A1，产生一个负反馈环路。C1根据ADC对A1的输出采样结果，按照特定的算法对M1进行调整，以实现最佳补偿调节效果。

补偿调节过程结束后，C1继续监测有效同步信号。如果在一定时间内没有检测到有效同步信号，表明视频输出信号发生变化，则返回到初始状态重新开始自适应调整过程；反之，则保持现有参数补偿网络，继续监测同步信号的有效性。

整个调节过程均由芯片根据输入视频信号自动完成，实现最佳的调节效果。由于无需人工干预，自动调节输出结果的一致性得到保证。本发明外围电路简单，可被用于设计自适应视频接收设备，自适应视频中继设备，数字录像机嵌入式接收通道，以及其他视频接收应用。

上述较佳实施方式仅用来说明本发明，并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进等，均应包含在本发明的权利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自适应平衡-非平衡双模视频接收芯片，其特征在于，包括：

平衡-非平衡视频信号输入单元，用于平衡-非平衡信号接入，并根据信号来源检测及输入极性控制信号，输出平衡视频信号至平衡视频信号放大单元；

平衡视频信号放大单元，结合高低频相位及增益补偿单元的输入，对输入平衡信号进行相位及增益补偿；

平衡-非平衡信号驱动单元，接收来自平衡视频信号放大单元的输出信号，根据外部引脚选择输出标准平衡或非平衡视频信号；

视频同步分离及钳位单元，将平衡-非平衡信号驱动单元的非平衡信号输出用芯片外接电容耦合输入，并对输入信号进行钳位和同步信号分离；

视频信号数位化处理单元，将平衡-非平衡信号驱动单元的非平衡信号输出用芯片外接电容耦合输入，并按照智能相位及增益补偿运算控制单元的时序控制对输入信号进行数位化处理；

智能相位及增益补偿运算控制单元，根据视频同步分离及钳位单元和视频信号数位化处理单元的输入，利用建模的智能相位增益补偿算法计算相位及增益损失，输出结果控制高低频相位及增益补偿单元，间接调整平衡视频信号放大单元；

高低频相位及增益补偿单元，通过智能相位及增益补偿运算控制单元的输出产生不同的电容和电阻网络，接入平衡视频信号放大单元；

状态指示及功能设置单元，提供数字状态指示管脚以及串行功能设置和读取接口，用以指示芯片工作状态和提供设置接口。

2.如权利要求1所述的一种自适应平衡-非平衡双模视频接收芯片，其特征在于，所述平衡-非平衡视频信号输入单元具体包括：

信号来源检测电路和非平衡转平衡电路，如果检测为非平衡信号输入，则通过非平衡转平衡电路将其转为平衡信号，既支持以非屏蔽双绞线为载体输入的平衡视频信号，也支持以同轴电缆为载体的非平衡视频信号；

一组模拟开关电路，通过开关切换输出正确极性的平衡信号，实现平衡信号极性自适应，实际工程安装中无需区分平衡信号极性。

3.如权利要求1所述的一种自适应平衡-非平衡双模视频接收芯片，其特征在于，所述平衡视频信号放大单元具体包括：

一个增益可调节的视频放大器电路，其反馈环路来自于高低频相位及增益补偿单元构造的电阻和电容网络，通过改变电阻和电容网络的参数，调整视频放大器电路对相位及增益的补偿。

4.如权利要求1所述的一种自适应平衡-非平衡双模视频接收芯片，其特征在于，所述平衡-非平衡信号驱动单元具体包括：

一个平衡信号驱动电路和一个非平衡信号驱动电路，通过外部管脚或者寄存器设置使能，既用于输出平衡信号也用于输出非平衡信号。

5.如权利要求1所述的一种自适应平衡-非平衡双模视频接收芯片，其特征在于，所述视频同步分离及钳位单元具体包括：

视频箝位电路，将输入视频信号钳位至预置电平，以便完成同步信号分离；

同步信号分离电路，将钳位后的视频信号中的同步信号提取，并转为数字信号输出至智能相位及增益补偿运算控制单元。

6.如权利要求1所述的一种自适应平衡-非平衡双模视频接收芯片，其特征在于，所述高低频相位及增益补偿单元具体包括：

一组模拟开关，不同值的电容和电阻构成的电路网络，通过控制模拟开关的状态，变换不同的电容和电阻的网络，接入到平衡视频信号放大单元调整其补偿参数。

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